高效变色二氧化碳吸收剂的研制和应用
用于二氧化碳捕集的化学吸收剂研究进展
用于二氧化碳捕集的化学吸收剂研究进展
刘大李;王聪;刘新伟;于一夫
【期刊名称】《低碳化学与化工》
【年(卷),期】2024(49)1
【摘要】近年来,在全球大力推进碳中和的背景之下,碳捕集、利用与封存(CCUS)技术的发展进入“快车道”。
在整个CCUS产业链条中,碳捕集既是首要环节也是重要节点。
常用的碳捕集方法有化学吸收法、膜分离法和物理吸附法等,其中化学吸收法被认为是目前最有市场应用前景的二氧化碳捕集技术,但高能耗与高成本限制了其大规模发展。
目前化学吸收法的研究重点主要集中于吸收剂的优化,以降低能耗。
对近年来报道的多种化学吸收剂进行了分析和总结,主要聚焦各类化学吸收剂的吸收性能、吸收机理、优缺点和增强途径等方面,并对其未来发展前景进行了展望,以对高效化学吸收剂的开发提供借鉴。
【总页数】12页(P94-104)
【作者】刘大李;王聪;刘新伟;于一夫
【作者单位】中国天辰工程有限公司;天津大学分子+研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ028.2;X701
【相关文献】
1.相变吸收剂捕集二氧化碳的研究进展
2.烟气二氧化碳捕集胺类吸收剂研究进展
3.相变吸收剂捕集二氧化碳的研究进展
4.燃煤电厂固体吸收剂捕集二氧化碳的研究进展
5.适用于烟气CO_(2)捕集的相变吸收剂研究进展
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二氧化碳吸收剂
复合型吸收剂
醇胺-碱金属盐复合型吸 收剂
将醇胺和碱金属盐按一定比例混合，可得到 具有协同作用的复合型吸收剂。这类吸收剂 结合了醇胺和碱金属盐的优点，具有更高的 吸收能力和更好的热稳定性。
离子液体-有机溶剂复合 型吸收剂
将离子液体与有机溶剂按一定比例混合，可 得到具有较低粘度和较高二氧化碳吸收能力 的复合型吸收剂。这类吸收剂易于在工业中
碳酸钠
氢氧化锂
氢氧化锂具有较高的反应活性和吸收 能力，但价格昂贵且腐蚀性较强。
碳酸钠的吸收能力较碳酸钾低，但价 格更便宜，适用于一些经济性要求较 高的场合。
离子液体类吸收剂
咪唑类离子液体
咪唑类离子液体具有较高的二氧化碳 吸收能力和良好的热稳定性，且不易 挥发，适用于高温高压条件。
季铵盐类离子液体
季铵盐类离子液体具有较高的二氧化 碳吸收能力和较低的粘度，易于在工 业中应用。
市场需求
随着全球气候变化问题的日益严重，各国政府对减少温室气体排放的要求越来越高。因此，二氧化碳吸收剂的市 场需求也在不断增加。同时，随着环保意识的普及和绿色技术的发展，市场对高效、环保、低成本的二氧化碳吸 收剂的需求也在不断增加。
XX
PART 02
二氧化碳吸收剂原理及性 能
REPORTING
吸收原理
化学吸收
二氧化碳吸收剂通过化学反应将二氧化碳转化为其他物质， 从而达到吸收的目的。常见的吸收剂包括碱液、胺类等，它 们能与二氧化碳发生化学反应，生成相应的盐类或其他化合 物。
物理吸收
某些物质具有对二氧化碳的高溶解度或高吸附能力，因此可 以用作物理吸收剂。物理吸收过程中，二氧化碳通过溶解或 吸附作用被固定在吸收剂中，不涉及化学反应。
REPORTING
高效二氧化碳复合吸收剂的应用研究
周 灵 杰
（ 中石化股 份公 司天津 分公 司研 究 院 ，天 津 ３ ０ ０ ２ ７ １ ）
摘 要 ：采用以低于 １ ０ 复配组成 ｃ ０ 复合吸收剂。分别以 Ｎ 、Ｃ Ｏ 的模拟气和乙
CO2 吸收剂的性质及在化学工业上的应用
CO2 吸收剂的性质及在化学工业上的应用二氧化碳(CO2)是造成全球气候变化的重要因素之一。
众所周知，二氧化碳可以被植物和海洋等吸收，但人类目前也在积极寻找更多的方法来处理这一问题。
其中一种方法是利用 CO2 吸收剂来捕捉二氧化碳，防止其从工业排放中逸散出来。
本文将介绍CO2 吸收剂的性质以及在化学工业上的应用。
一、CO2 吸收剂的性质CO2 吸收剂是能够捕捉和稳定二氧化碳的化合物。
它们具有以下几个重要的特征：1.高选择性：CO2 吸收剂能够选择性地吸收和分离二氧化碳。
这意味着它们能够与空气中的其他气体分离开来，并只留下CO2。
2.高容量：CO2 吸收剂能够捕捉大量的二氧化碳。
一般来说，这种容量取决于吸收剂的化学结构和条件。
3.良好的再生能力：CO2 吸收剂能够在一定条件下轻松地释放二氧化碳。
这使得吸收剂可以反复地使用，减少了需要生产新吸收剂的成本。
4.稳定性：CO2 吸收剂在长期存储和使用过程中表现出较高的稳定性。
这有助于降低成本，并使其在工业上更容易使用。
二、化学工业上的 CO2 吸收剂应用CO2 吸收剂已广泛应用于化学工业中，以帮助减少工业排放的碳排放。
1.天然气液化(LNG)过程中：使用 CO2 吸收剂可以降低从天然气中提取甲烷的能量开销。
这是因为，二氧化碳会与甲烷分离开来，使得气体可以被更轻松地压缩成液体。
2.炼油过程中：CO2 吸收剂可以用于捕获从炼油过程中产生的二氧化碳。
这有助于降低在炼油工厂中排放的二氧化碳排放量。
3.钢铁生产过程中：CO2 吸收剂可以用于将从高炉中产生的CO2 捕获和回收，从而降低钢铁生产中的碳排放量。
4.固体废物垃圾填埋场：CO2 吸收剂可以用于捕获从垃圾填埋场中产生的甲烷气体，从而降低固体废物管理中的排放量。
5.发电厂：CO2 吸收剂可以用于从发电厂的废气中捕获二氧化碳，从而减少对环境的污染。
总结CO2 吸收剂具有高容量、再生能力和选择性等特殊性质，因此在化学工业上广泛应用。
新型二氧化碳吸收剂的研究和开发
新型二氧化碳吸收剂的研究和开发一、介绍随着全球经济的不断发展，能源需求呈现空前增长。
然而，使用化石燃料等传统能源不仅导致环境问题，还加剧了气候变化。
尤其是CO2排放的增加，使得全球的温室气体浓度不断升高。
为了减少温室气体的排放，降低碳排放密度已成为全球共同追求的目标。
在这样的背景下，新型二氧化碳吸收剂的研究和开发显得尤为重要。
二、原理吸收剂是指一种具有高度选择性吸收二氧化碳的物质，可以将CO2从混合气体中分离出来。
目前，较为广泛使用的二氧化碳吸收剂是氨基醇。
氨基醇分子中的氨基可以与二氧化碳发生反应，生成环氧化合物及水，并将二氧化碳稳定地封存在化学反应产物中。
三、新型二氧化碳吸收剂的研究和开发随着对新型二氧化碳吸收剂需求的不断增长，许多研究机构和公司开始针对新型二氧化碳吸收剂的研究和开发进行了投入。
近年来的研究表明，以下几种新型吸收剂潜力较大：1. 离子液体：作为一种新型溶剂，离子液体已经展示出了在二氧化碳吸收和分离方面的优异性能。
离子液体不挥发、稳定性高、可重复使用且无规定的蒸汽压。
这些特点决定了离子液体在工业中的应用和推广前景较广。
2. 多孔材料：具有高特异性和高吸附容量的新型多孔材料被广泛地研究和开发。
这些材料不仅具有高吸气量、高选择性和可重复使用等特点，还具有较大的检测面积和精确的空间结构，在环境中的应用前景广阔。
3. 碳化物材料：该类材料中的金属和非金属化合物分子组成，具有高度的稳定性和高效的选择性。
碳化物材料还具有吸热反应，并且对二氧化碳分离具有良好的吸附能力，因此在实际应用中具有很高的应用前景。
四、应用前景自二十世纪八十年代以来，全球二氧化碳吸收剂市场规模逐年扩大。
据预测，未来几年，随着环境政策和管理措施的不断完善，市场需求将继续增加。
在技术进步的推动下，新型二氧化碳吸收剂必将成为未来该市场的热点。
这类新型吸收剂不仅有望在能源和化工领域实现广泛应用，还有望在气体分离、环境保护等领域都有更广阔的发展空间。
新型二氧化碳吸收剂的研究与开发
新型二氧化碳吸收剂的研究与开发前言随着全球工业化和城市化的快速发展，大量的二氧化碳被排放到大气中，造成的环境问题越来越严重。
全球变暖、气候变化、冰川消退、海平面上升、酸雨等问题正逐渐显现，尤其是近年来发生的一系列极端天气事件，一定程度上也是环境问题的表现之一。
针对这一问题，科学家们不断探索新型二氧化碳吸收剂的研究与开发。
一、传统的二氧化碳吸收剂目前，大多数二氧化碳捕集技术是基于吸收剂，即将二氧化碳从烟气中分离并转移到化学溶液中，然后进行单独处理，使其转化或储存。
传统的二氧化碳吸收剂可以分为碱性溶液和非碱性溶液两类。
1. 碱性溶液碱性吸收剂通常是弱碱性，如胺、氨、碳酸钠等。
由于它们具有很强的二氧化碳吸收能力，被广泛应用于化学工业和电力行业。
但由于其在使用过程中会产生二次污染，如氧化物和氮氧化物等，而且长期使用可能会导致吸收剂断裂、腐蚀等问题，非常不利于环境保护和可持续发展。
2. 非碱性溶液非碱性吸收剂通常是含有吸收剂载体的无机物质或有机物。
如生物质灰、石灰石、氢氧化铝等。
它们的二氧化碳吸收速度较慢，但可在使用过程中减少二次污染物的生成，而且非常稳定，使其成为一种重要的吸收剂。
但是，非碱性吸收剂的吸收性能有限，需要不断改进和优化，以便更好地满足现代工业的需求。
二、新型二氧化碳吸收剂除了传统的吸收剂外，科学家们正在研究新型二氧化碳吸收剂，致力于寻找更加环保、高效、经济、易于操作的吸收剂，从而实现对碳排放的更良好控制和管理。
1. 离子液体离子液体是近年来广受关注的新型二氧化碳吸收剂，其独特的分子结构和物理性质赋予了它优良的抗腐蚀性、热稳定性和化学稳定性。
然而，由于其成本较高、分子构造大致相同，导致其应用范围受到一定限制。
2. 金属有机框架材料金属有机框架材料是一类由金属离子、有机连接体和孔隙空间构成的三维框架结构，其高度可调性、大孔隙体积、优良的化学稳定性和荷负电性质，使其被认为是一种有潜力的二氧化碳捕集吸收剂。
高效CO2吸附剂氢氧化钙
二氧化碳吸收剂（氢氧化钙）
产品名称：二氧化碳吸收剂（氢氧化钙）
产品特性：正压氧呼吸器吸收率≥33%
自救器吸收率≥35%
水分含量12%-19%
粉尘率﹤2%
圆柱形条状颗粒：截面直径3±0.5mm，
长度4-7mm。
圆柱形条状颗粒：断面直径2-2.5mm，
长度4-7mm。
使用范围：用于煤矿井下救生舱，避难硐室吸收人体呼出的二氧化碳，也适用于正压氧气呼吸器，隔绝式氧气呼吸器和自救器，以及航天、潜艇、潜水、化学、机械、电子、工矿、医药、实验室等需要二氧化碳的环境。
产品性状：本品为加有变色指示剂的粉红色或白色圆柱形条状颗粒，吸收二氧化碳后变成淡黄色（白色）或则不变色。
包装形式：11kg/箱（内装10袋*1.1kg）
20kg/箱（内装4袋*5kg）35g/桶。
二氧化碳捕集化学吸收剂的研究进展
二氧化碳作为造成温室效应的主要因素，成为全球变暖的罪魁祸首。
如何实现“二氧化碳减排”成为人们日益关注的热点。
“碳减排”的主要途径包括提高能源利用率、开发清洁可再生能源和二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）等。
其中，CCUS是指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现CO2永久减排的过程。
其作为一种温室气体减排技术，可为中国“双碳”目标的实现提供助力。
开展CCUS最前期的工作便是CO2捕集，是将CO2从工业生产、能源利用或大气中分离出来的过程。
主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧和化学链捕集。
燃烧后捕集指的是燃烧排放的烟气通过分离设备产生比较纯净的CO2的过程，因其具有成本低、经济性高、技术成熟、不需要对已有设备进行大规模改装以及适用范围广等优点，成为人们关注的热点，主要的方法包括低温精馏法、膜分离法、吸附法、溶剂吸收法等。
溶剂吸收法分为物理吸收法和化学吸收法。
物理吸收法是利用溶剂对CO2与其他气体组分的溶解度不同的特点实现分离脱除CO2，因其在低浓度条件下没有理想的分离效果且成本偏高，故一般不应用于工业排放的烟气中CO2的捕集。
化学吸收法指的是采用化学溶剂，通过化学反应选择性，自气相中脱除易溶于吸收剂成分的方法。
其实质是碱性化学溶液通过与酸性CO2发生酸碱中和反应，形成不稳定的盐，从而达到对二氧化碳吸收分离的作用，当外部条件如温度或压力发生改变时，反应逆向进行，实现二氧化碳的解吸及吸收剂的循环再生。
化学吸收法对低分压CO2气体吸收效果好、反应稳定，虽然解吸时能耗较大，但这是目前最成熟、最可行的CO2捕集技术。
另外，近年来部分专家学者整合了化学和生物的催化模块，以生物技术创新的方式利用CO2催化合成了甲醇、多糖、淀粉等，对CO2的捕集和综合利用技术的发展提供了新的思路。
本文对化学吸收法捕集二氧化碳中化学吸收剂进行了详细介绍，并对发展前景进行了展望，以期为二氧化碳捕集化学吸收剂的开发及应用提供借鉴。
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第一届全国高速分析学术交流会论文集
－＿＿Ｊ－
同 效变色二氧化碳吸收剂的研制和应用
何焕南，俞伯华。竺建英。俞伯岐
（上海广绍冶金科技有限公司，上海２００４３６）
口
二氧化碳是自然界最重要的气体之一。在宇航、潜水、医药、化工、微电子、食品、农业、冶金等领域都需 要去除和检测气体中的二氧化碳，人们根据各自的需求采用各不相同的方法和形式，采纳二氧化碳吸收剂。 二氧化碳吸收剂的应用由来已久，对于化工生产过程中使用的吸收剂要求价廉、吸收量大、最好能再生， 但对吸收残余量要求不高，而实验室用的吸收剂则要求它有极低的残余量、气阻小、吸收后颜色变化明显等 性能。医药临床方面，则要求吸收剂的尘埃量很少。而食品存储方面则要求吸收剂无毒性，使用安全卫生。 冶金工业方面气体分析碳、氧测定和有机物元素分析中也大多需将碳、氧转化成二氧化碳的形式，然后采用 不同的方法进行分析，但这些方法均要求载体中的二氧化碳含量很低以减小空白值。故需要用二氧化碳吸 收剂进行载气纯化。另一方面，随着电子天平精度的提高，有不少方法是直接采用二氧化碳吸收剂重量法分
表１
ＩｔＰ－１型高效变色二氧化碳吸收剂的性能和国外同类产品对照
４吸收剂湿度对吸收率的影响
研究结果表明，降低吸收剂湿度可提高其吸收效率，同时吸收剂水分过多，会减少吸收剂的内孔而导致 吸收率下降等。 参考文献：
［１］Ｗｕ
Ｌｉｘｉｎ，Ｈｅ
，
Ｈｕａｎｎａｎ．Ｔａｌａｎｔａ［－Ｊ－］，１９９２，３９（９）：１０８１．
分析结果与标准值对照，均在国家规定的不确定度范围内。
４仪器改进
软件的升级：计算机软件将ＤＯＳ改为ＷＩＮＤＯＷＳ进行升级，有利于操作，分析简便易行、速度陕。
提高天平精度：准备将千分之一电子天平改为万分之一电子天平，提高称样精度，并将过去的手动输入
质量改为自动输入质量。
参考文献：
［１３吴诚，田英炎．高速分析及其应用［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２０００．１３４．
析，它对于高含量碳的分析准确度高、结构简单。另）ｂ－－氧化碳吸收剂在高纯气体的纯化中应用也很广。从
经典的化学分析开始就已经使用二氧化碳吸收剂了。随着其领域的不断扩大，二氧化碳吸收剂的种类繁多， 但从其化学组成分类，可以概括为液体和固体两大类吸收剂。液体吸收剂如碱金属氢氧化物溶液，碱金属碳
酸盐溶液及各种醇胺等，它们的吸收率不高，一般用于常量二氧化碳的吸收，有些液体吸收剂还有腐蚀性、挥 发性较大、在气流的带动下一方面导致吸收剂的损失，另一方面也将污染纯化了的气体；其优点是制备方便，
・约‘
高效变色二氧化碳吸收剂的研制和应用
作者： 作者单位： 何焕南， 俞伯华， 竺建英， 俞伯 上海广绍冶金科技有限公司,上海,200436
本文链接：/Conference_6082330.aspx
情况等特点；吸收二氧化碳后保持较好的多孔性；与石棉载体相比粉尘少、无毒性，既可吸收常量二氧化碳，
也可吸收微量二氧化碳，特别适用于气体纯化和气体分析的应用。 研制成功的ＨＰ－１型高效二氧化碳吸收剂已在工业生产和科研领域中被广泛应用，其性能均达到或超 过国内外同类产品。 １吸收容量 吸收容量以单位质量吸收剂所吸收二氧化碳质量的百分率来表示。以流速为２００ｍＬ・ｍｉｎ～，含１０％ 二氧化碳混合气通人填充足二氧化碳吸收剂的内径为１８ｍｍ、长为１５０ｍｍ的玻璃吸收管内，当吸收剂完全 变色失效时，从增重中计算其吸收容量，一般在４５％～５０％之间，比国外市售二氧化碳吸收剂略高２０％。也 可用纯二氧化碳通人玻璃吸收管内，流速以１００个・ｍｉｎ－１气泡数，代替混合气，快速、高效。 ２吸收二氧化碳后的气阻
体流速从０．５Ｌ增加到２Ｌ时气路的压力几乎不变，均为６６６．６～７９９．９Ｐａ，气阻小，而且在吸收二氧化碳后吸 收管气阻变化也小。
３吸收效能
吸收效能是用吸收剂在吸收混合气体流经吸收剂以除去其中二氧化碳后的尾气中检测二氧化碳的含量 来表示，常用浓缩色谱法测定。让含有４．２％二氧化碳的氢气通过内径１５ｍｍ、长为１００ｒａｍ装有不同吸收 剂的玻璃管，气体流速为４００ｍＬ・ｍｉｎｌ在同样条件下测定尾气中的二氧化碳含量，二氧化碳吸收剂分别为 中国ＨＰ＿１型，德国Ｓｏｄａ ａｓｂｅｓｔｏｓ Ｅ．Ｍｅｒｃｋ ＣＯ．，美国Ａｓｃａｒｉｔｅ ＩＩ ＬＥＣＯ ＣＯ．，英国Ｃａｒｂｏｓｏｒｂ ＡＳ Ｂ．Ｄ．Ｈ． ＣＯ．，中国碱石灰上海试剂厂，尾气中二氧化碳量１０＿７％分别为３～５，３～５，１１．９，７．２，３６．５。 试验表明，ＨＰ－１型的吸收效能与德国Ｅ Ｍｅｒｃｋ ＣＯ．相当，而优于其他被测试的吸收剂。 ＨＰ－１型高效变色二氧化碳吸收剂的性能和国外同类产品对照，见表１。
吸收剂的气阻，通常用气路系统中吸收剂前的气体压力来表示。它与吸收管内径、吸收剂颗粒度及其填
充高度、填充紧密度及气体流速等因素有关。在相同测试条件下（玻璃吸收管内径１５ｍｍ、填充高度５０ｍｍ、 自然敲击密实）将吸收剂装入吸收管内，并用Ｕ型水银压力计测量吸收管前方的气体压力。试验表明，当气
・７８・
何焕南等：高效变色二氧化碳吸收剂的研制和应用
吸收容量大，广泛地应用在化工生产流程中气体的分离和纯化。 固体吸收剂如碱金属的氧化物，氢氧化物或碳酸盐。分子筛也能吸附二氧化碳，但也吸附其他气体。过 去分析中使用最为广泛的是碱石棉，主要以石棉作为载体，将熔融的氢氧化钠倒人石棉中制得，其多孔性差，
它的表面因生成碳酸钠薄层而影响其吸收率，气阻过大，导致气路堵塞。目前各厂商生产的碱石棉经过改进 吸收容量、残余量等性能都得到了提高，成为气体分析中最主要的二氧化碳吸收剂，但气阻仍然未能很好地
解决。 一种新型的变色高效二氧化碳吸收剂（型号为ＨＰ－１）对目前市场的二氧化碳吸收剂存在的问题是一种 创新和改进。本吸收剂主要优点是采用天然的多孔材料为载体，以氢氧化钠为主要吸收物质，考虑到吸收二
氧化碳后生成的碳酸钠容易形成致密性薄层，加入了消除材料和活性剂，使其结构较为疏松并添加变色指示
剂混合制成，具有持载能力强、吸收效率高、吸收容量大、气阻小、颜色变化明显、能清晰地显示吸收剂的使用
—■—－＋－・●一＋－＋－＋－—｝－－—｝—－＋——■—－・卜－＋－＋”＋呻－＋－＋－＋—＋—＋－—ｐ—＋－—●—－＋一・｝呻一—●一・＋——’一＋・＋－＋－＋・＋－＋・。｝—－＿—－—｝—－＿—。１＋’—＋＿－‘＋—‘＿一－。｝“。十－‘１卜・
（上接第７７页） （２）对国家标准样品进行分析，测定结果见表２。 表２分析值与标准值结果对照（ｎ＝５）